油井回压对抽油机能耗的影响分析

油井回压对抽油机能耗的影响分析

为了确定井压对井压的影响范围和程度，本文从液体性质、相流和多相流、管架、油泵丢失、能量消耗等方面揭示了反压对工作的影响，并指出了当前开发中存在的问题，并提出了建设方案。1井压的影响1.1压力下的流体密度井筒中的流体一般为水、油、气三相混合物。按固、液、气性质划分,可分为液、气两相流。液、气两相在压力和温度变化下可以相互转化:在温度一定的条件下,随着压力不断升高,气相首先转变为气、液共存,然后再变为液相。根据两相转化理论,来研究井筒中的流体在抽汲过程中流体密度的变化。上冲程时,固定阀在环形空间沉没压力和泵内压差的作用下被打开,流体进入泵筒中,此时由于流体所受的压力和泵外的压力相似,所以在密度上基本没有大的变化;下冲程时,固定阀关闭,泵内压力由原来沉没压力变为液柱及井口回压共同作用下的压力。压力的增大,造成了气相向液相的转化。由于泵筒内是一个封闭的空间,不能和外界进行物质交换,所以在压力增大的情况下,不能提供向液相转化的更多天然气气体,来降低液相的密度。此时只是在井筒中没有及时分离出的微泡状天然气,在流入泵筒后被压缩转化成液相,使流体体积变小。此外还有流体中的液相,在压力增大时,液体中的分子距离缩小,宏观上导致液相体积缩小。综合上述两种因素,造成油管内流体密度增大。1.2影响挤油杆和管道的影响1.2.1n400m+3/4in713浚城市井筒液柱及下冲程时的伸长量抽油杆、管在外力的作用下会发生弹性变形。根据虎克定律,当应力不超过比例极限时,杆件的伸长ΔL与拉力F和杆件的原长L成正比,与横截面面积A成反比。以广北区块G9-X119井为例。杆组合为:1in×540m+7/8in×640m+3/4in×720m,共长1900m,泵径为∅44mm,冲程4.2m,冲次4次/min,日产液22m3。当井口回压增加1MPa时,杆管在上、下冲程时的伸长量分别是:①上冲程时,井口回压增量通过井筒液柱传递到活塞上,此时抽油杆受力伸长,油管处于自然状态。抽油杆的伸长量ΔL杆=0.0392m。②下冲程时,井口回压增量通过井筒液柱传递到固定凡尔上,此时油管受力伸长,抽油杆处于自然状态。油管的伸长量ΔL管=0.0239m。由此可知,由于井口回压增加的影响,使泵活塞的移动距离减小了ΔL,ΔL=ΔL杆+ΔL管=0.0631m。对于G9-X119井来讲,每天产液量降低1.0967m3。年产液量降低400.63m3。1.2.2抽油机计算结果以广北区块G9-X119井为例,当井口回压增加1MPa时,在上、下冲程中杆管应力变化及抽油机悬点载荷变化可根据下式确定:Δσ=ΔPf=ΔFSf(1)Δσ=ΔΡf=ΔFSf(1)式中,Δσ为杆管在井口回压变化下应力变化值,MPa;ΔP为井口回压变化引起载荷变化值,MPa·mm2;ΔF为井口回压变化值,MPa;f为杆管截面积,mm2;f1为1in抽油杆截面积491mm2;f7/8为7/8in抽油杆截面积380mm2;f3/4为3/4in抽油杆截面积285mm2;f21/2油管为21/2in油管金属部分截面积1165mm2;S泵为泵径44mm的活塞截面积1520mm2;S管为21/2in油管内部面积3018mm2。所以,上冲程时,井口回压增量通过井筒液柱传递到活塞上,此时抽油杆应力增大,油管不受井口回压的影响。此时各级抽油杆应力变化值为:1in抽油杆应力变化值为3.1MPa;7/8in抽油杆应力变化值为4.0MPa;3/4in抽油杆应力变化值为5.33MPa;抽油机的悬点载荷变化值为1.52kN。下冲程时,井口回压增量通过井筒液柱传递到固定凡尔上,此时油管应力增大,抽油杆不受回压影响,抽油机的悬点载荷不变。此时,21/2in油管应力变化值为2.59MPa。1.2.3g3-ss3井先由达西公式推导出压力的变化与漏失液体流速的关系:hf=λ×ld×v22g(2)hf=λ×ld×v22g(2)式中,hf为沿程水头损失,m;l/d为几何因子,无因次;λ为沿程阻力系数,无因次;v为漏失液体流速,m/s;g为重力加速度,9.8m/s2。hf=ΔPρg(3)hf=ΔΡρg(3)式中,ΔP为活塞上下的压差,Pa;ρ为液体的密度,kg/m3。把式(3)代入式(2)中,整理得:ΔP=λ×ld×ρv22(4)ΔΡ=λ×ld×ρv22(4)液体在10MPa压力下,间隙代号为3,泵型为∅44mm条件下最大漏失量为1050ml/min,由式(4)可推出G9-X119井在上述条件下且井口回压为零时的漏失量为1447ml/min;当井回压为1MPa时,井口的漏失量为1484ml/min。由于井口回压增加1MPa,造成每天附加漏失量0.0533m3,年漏失量19.46m3。1.2.4回压功能模型当井口回压增大1MPa时,井筒内有流体要克服井口阻力做功。以G9-X119井为例,产液量22m3/d。因为每千米21/2in油管内部体积为3m3,该井用6.2h就能把液体从泵活塞处提升到井口,所做的功W=P×S×H=7311200J=2.301kW·h(其中P为井口回压增加的压强,Pa;S为油管内截面面积,m2;H为泵到井口的距离,m)。每天克服井口阻力所做的功转化为电能7.862kW·h,年克服阻力做功为2869.63kW·h。由于受抽油机机械效率及电动机电能转化为动能的效率的影响,实际消耗的电能要大于理论值。1.2.5段塞流和超压值油气混合物在油管内的形态一般分为4种:泡流、段塞流、环流、雾流。雾流一般情况下不会出现,在此不做分析。当井筒某点的压力低于饱和压力时,溶解气就会从油中分离出来,以小气泡的形式分散在液体中,此时为泡状流;当油气混合物继续上升时,压力不断降低,溶解气分离出更多的小气泡,小气泡不断合并形成大气泡,直到占据大半个油管的内截面积,这时为段塞流;混合物继续上升,气体不断分离,大气泡逐渐形成连续的天然气通道形成环流。但是由于井口回压的增大,使油管内饱合压力点不断上升。流体中的天然气分离时间延迟,各阶段的流体形态也不断后推,降低了溶解气分离时的气举效果,增加了抽油杆管的负荷。2降低开口压法降低井口回压一般有降低流体粘度和改变集输管线参数两种办法。2.1矿井回压越高原油的粘度越高,流动阻力越大,井口回压就越高。所以各油田采取了各种方法来降低流体的粘度,改善流体的流动条件,从而达到降低井口回压目的。1热力降粘方式原油粘度对温度十分敏感,随着温度的升高,粘度明显降低。热力降粘方式主要有:①油套环空注高压水蒸汽技术;②电加热抽油杆加热技术;③井口加热炉或电加热器加热技术;④空心抽油杆注蒸汽技术;⑤井口管线伴热技术;⑥定期热洗、焖井技术。2水包油井筒油套连通加原油降凝剂降粘技术。其作用机理是在井筒中加入一定量的油包水或水包油表面活性剂,使原油以微小油珠分散在流体中,形成乳状液,从而起到乳化降粘的作用。32混合水稀释性能①油套连通掺水技术;②井口掺水稀释降粘技术。4冲击作用力其主要机理是:①振动作用。超声波在介质中传播时,能对流体中的原油产生冲击破坏力,它破坏了原油大面积凝结,对原油产生机械破坏作用。②热作用。超声波在传播过程中,会不断和流体产生内摩擦,内摩擦产生的热能被流体吸收增加了原油的温度,起到了降粘作用。2.2低压回压计算流体在流动时,由于粘性阻力而产生能量损失,能量损失的大小常用压差即水头损失来衡量。计算沿程水头损失通常用达西公式来表示(即式(2))。由式(2)可以得出,降低回压的方式还有:①减少自压集输管线的长度;②增加管道